热线式空气流量计的研究

　　电控发动机的吸入空气量可根据节气门开度或进气管压力和发动机转速基本推算出来,吸入空气量的检测一般采用速度密度、节流速度和质量流量三种方式。速度密度方式是利用发动机的转速和进气管压力推算出每一循环吸入发动机的空气流量,再根据该流量算出汽油的喷射量,精度容易控制,但由于进气管压力与空气流量呈非线性关系,在检测过渡工况下的空气量时,需要进行修正;节流速度方式是利用节气门的开度和发动机的转速,推算每一循环吸入发动机的空气量,由于是直接测量节气门开度的角位移,所以过渡工况的响应性能好,但吸入的空气量与节气门开度和发动机转速间是复杂的函数关系,空气量难以精确测量;质量流量方式是利用流量计直接测量吸入的空气质量,将空气质量转换成电信号,输送给ECU,由电脑根据空气质量计算出与之相适应的喷油量,以控制混合气空燃比的最佳值。因此,研制一种性能优良的空气质量流量计是本文的主要目的。

　　1用热线测量空气流量的基本原理

　　热线式空气流量计是属于空气质量流量计的一种。热线式空气流量计基本测试的量是从热线向气流散失的热量。对定温、定压气流来说,此散热量通常以速度来对应说明。所以,热线式空气流量计也是一台热线式风速计。

　　对于定温不可压缩流场(T=C,ρ=C)而言,如果已测得该流场的流速ω,那么通过单位面积的流体流量q是已知的(q=ρω)。把热线作为惠斯登电桥四个臂之一置于流场中,当通过电流对热线加热时,由于气流对热线进行对流冷却,且其冷却能力随流速的增大而加强。如果采用伺服机构始终保持热线的温度恒高于气流某固定值,则可通过流经热线的电流值测得气流速度。此即热线式空气流量计用恒温法(恒电阻法)测量空气质量流量的基本工作原理[1]。

　　2热线式空气流量计

　　图1所示为热线式空气流量计的基本原理。图中可见,由热线Rs、温度补偿电阻R1、电阻R2、R3和伺服放大器A组成惠斯顿电桥电路,其中,Rs=R1=nR2,R2=R3。热线Rs装在取样管中,温度补偿电阻R1也装在取样管中,但必须在热线Rs上游的气流中。由于使用惠斯顿电桥测得是桥顶电压E,而不是所示的流过热线的电流I。按金氏定理,可改写为,式中A、B是性质与a″、b″相同的常数,指数n取0.5。

　　2.1恒温反馈控制

　　恒温反馈控制的目的是要保证通以电流I的热线温度Tω与冷却热线的流体温度Tf之差为定值,即Tω-Tf=C。一般情况下应控制Tω-Tf=100℃。如图1所示,当加有电流的热线Rs置于流场当中时,由于流体流动关系,热线温度发生改变,这种改变立即导致电桥偏离平衡,从而输出不平衡信号。这个不平衡信号经放大后反馈到电桥中,以抑制热线的温度改变,补偿热线电阻的变化,从而使电桥恢复平衡。